Trabajo de maquinas térmicas.

1. Universidad Politécnica Territorial José Antonio Anzoátegui
Ingeniería en Mantenimiento
Presentado por Alexandra Hernández

2. Plantas de
Energía de Vapor
Una planta de generación de
energía por vapor, es un medio
para convertir la energía
química del combustible en
energía eléctrica.
En su forma más simple,
consiste de una caldera y una
turbina accionando un
generador eléctrico.

3. La Caldera es un dispositivo para transformar agua en vapor, luego el
chorro de vapor hace girar la turbina y ésta al generador. Este último
consiste en una barra de imán pequeña girando dentro de una bobina de
cobre estacionaria, mientras el campo magnético saliendo de los
extremos del imán se mueve a lo largo de la bobina. Una corriente
eléctrica se establece en el cable, haciendo varias vueltas de cable en un
anillo. La corriente generada en cada vuelta sumada a las demás
producen una corriente mucho más alta.

4. Las figuras anteriores son un simple ejemplo de los muchos a los que se
enfrentan los ingenieros cuando proponen mejorar el sistema original y hacerlo
más eficiente. Hoy en día el sistema es mucho más complicado y el proceso de
combustión se trata de Química, esto implica conocimiento de la composición
del combustible frente a variables de temperatura, humedad, etc. En una planta
de tamaño considerable también involucra el manejo de los materiales:
combustible, cenizas, aire y gases, estos tienen que ser removidos
constantemente. No obstante, la operación de cualquier caldera es mantener
suficiente agua dentro de la misma. Si llegará a funcionar sin agua el metal
quedaría al rojo vivo, se ablandaria y colapsaria. Al mismo tiempo no debe ser
llenada con demasiada agua que imposibilite la recolección y salida de vapor.

5. Máquinas de combustión
Motores de combustión
interna
Es un tipo de motor térmico que
transforma la energía química de
un combustible en energía
mecánica. El proceso de
combustión se lleva a cabo en los
cilindros.
Motores de combustión
externa
Es una máquina que realiza una
conversión de energía calórica en
energía mecánica, mediante un
proceso de combustión fuera de la
máquina (no en el cilindro o la
turbina), generalmente para
calentar agua, que en forma de
vapor será la que realice el trabajo.

6. Motor de combustión interna
Elementos
• El bloque, es la pieza que proporciona la
estructura y la forma de todo el propulsor. En
su parte inferior cuenta con el cárter, donde se
aloja el aceite.
• Las cámaras de combustión, más conocidas
como cilindros. Son unas piezas cerradas por un
extremo y por cuyo interior se mueve el pistón.
• Culata o cabeza de los cilindros, ésta cierra los
cilindros en su parte superior. En su estructura
también se encuentran las válvulas, el árbol de
levas y estos están conectados al cigüeñal por
medio de una Correa.
• Los pistones, encargados de modificar el
volumen de aire y combustible en el interior de
los cilindros.
• El cigüeñal, es el elemento que sincroniza los
movimientos de los pistones, generando
potencia constante.
Funcionamiento
• Admisión: las válvulas de admisión introducen
la mezcla de combustible gracias al vacío
generado por los pistones.
• Compresión: las válvulas se cierran y el pistón
vuelve a subir, comprimiendo la mezcla de aire
y combustible.
• Explosión: chispa de la bujía, en motores a
gasolina o por auto detonación, en los diésel.
Provocando la explosión.
• Escape: etapa en la que las válvulas de escape
se abren y expulsan los gases producidos tras la
detonación.

7. Motores de combustión externa
Elementos
• Cilindro: su función consta en proporcionar alojamiento
al pistón. Se divide en cabeza, cuerpo, aletas de
refrigeración, lumbreras, válvulas y bujías.
• Pistón: es un cilindro que tiene forma de buzo con
ranuras para anillos y un orificio con un pasador que lo
sujeta a la biela.
• Válvulas: cuenta con diversos tipos, tulipán plana,
válvula de admisión, tulipán concava, válvula de escape
y válvula de admisión hongo.
• Biela: une el cigüeñal y el pistón y transfiere el
movimiento entre ellos, convirtiéndolo en rotativo.
• Cigüeñal: recibe el movimiento de la biela y sus partes
son: muñon, eje, flanco, contrapeso, prolongación y
amortiguadores dinámicos.
• Cojinete: superficies que soportan a otras y generan
fricción. Existen tres tipos sencillos, de rodillos y
esferas.
Funcionamiento
• Combustión: proceso donde el aire se expande
ante el aumento de la temperatura y procede a
elevar la presión.
• Expansión: una vez que sube el pistón y este
arrastra a la manivela, la energía depositada en la
rueda hace que la manivela gire.
• Refrigeración: el aire se traslada al espacio de baja
temperatura de la máquina disminuyendo la
presión.
• Contracción: en este último el aire se contrae, lo
que hace que el pistón se eleve.

8. Ciclo de
Otto
• Ciclo Otto en motores de cuatro tiempos, se
conforma por seis procesos de los cuales dos de
ellos no participan como tal en el ciclo
termodinámico del fluido que opera. Sin embargo
son necesarios para renovar la carga del mismo.
• Ciclo Otto de dos tiempos, el cambio de los gases
es dirigido por el pistón y no por las válvulas. A
medida que el pistón se mueve varían las
condiciones de compresión en el cárter y el
cilindro para completar el ciclo. Es importante
destacar que el cárter no es llenado con aceite
como en el otro modelo, si no que el aceite va
acompañado de la mezcla de combustible y aire,
además en lugar de válvulas se aplican lumbreras
para la admisión y escape. El ciclo de dos tiempos
realiza dos funciones en un solo ciclo haciéndolo
más eficiente y con un rendimiento mayor por
menos pérdida de potencia por una mayor
compresión.
El ciclo Otto es característico de los
motores de combustión interna, a
gasolina, que enciende por la
ignición de un combustible,
provocada por una chispa eléctrica.
Su orígen proviene de Nikolaus
Otto, quien construyó un motor
que operaba a cuatro tiempos
junto a Eugen Langen y lo hicieron
en dos versiones: de cuatro y dos
tiempos.
Hasta el día de hoy el ciclo
termodinámico con el cual trabajan
los motores de combustión interna
se conocen como ciclo Otto.

9. Ciclo Diésel
Rudolf Diésel, creo en 1893
el motor que lleva su
nombre. A raíz de una
investigación para
conseguir motores de alto
rendimiento térmico
combinado con
combustibles alternativos
que reemplazarán a los de
vapor. Comprende cuatro
etapas:
• Admisión: se produce el llenado de aire a través
de la válvula de admisión, a medida que el
pistón desciende hasta su punto más bajo
dentro del cilindro. Punto muerto inferior.
• Compresión: se cierra la válvula de admisión y
el pistón inicia su recorrido hacia el punto
muerto superior. Comprimiendo con ello el aire
alojado en el interior del cilindro. La relación de
compresión es aproximadamente 18:1 (la del
motor a gasolina suele ser de 11:1), lo que
permite elevar considerablemente la
temperatura del aire.
• Combustión: instantes antes de que el pistón
llegue al punto superior, el inyector pulveriza el
combustible en el interior de la camara
inflamandose al entrar en contacto con el aire
caliente.
• Escape: la presión generada por la combustión
impulsa al pistón hacia abajo de nuevo,
volviendo este a elevarse a consecuencia de la
inercia para expulsar los gases quemados a
través de la válvula de escape y reiniciando el
ciclo de nuevo.

10. Ciclo Mixto
Este es un ciclo que combina una turbina de gas y una turbina de vapor de
condensación de forma que aumente la eficiencia, en este caso a las grandes
centrales productoras de electricidad. Esto permite alcanzar rendimientos eléctricos
cercanos al 60%, en resumen, con la tecnología del ciclo combinado se genera
electricidad en dos etapas utilizando una única fuente de energía, el gas natural.

11. Etapas del ciclo mixto
Primera etapa
El gas natural es inyectado en el
combustor con aire de combustión que
ha sido previamente filtrado y
comprimido en el compresor interno de
la turbina de gas. En el combustor se
produce el proceso de combustión a alta
presión. La energía de los gases de
combustión cuando se expanden, hace
girar el eje principal de la turbina de gas
que, acoplado al generador transforma la
energía mecánica en eléctrica.
Segunda etapa
Los gases de escape de la turbina, a una
temperatura de 600°C, circulan a través de
una caldera donde se recupera la mayor
parte del calor que contiene en forma de
vapor recalentado. Este vapor se expande en
una turbina de vapor que acoplada a un
alternador constituye la segunda etapa de
generación eléctrica. El vapor expandido a
baja presión a la salida de la turbina de
vapor pasa a un condensador donde el agua
otra vez en fase liquida, se introduce en la
caldera, cerrando el ciclo.

12. Ciclo de Brayton
El modelo termodinámico de las turbinas de gas se
fundamenta en el ciclo de Brayton, a pesar de que
se generaliza como ciclo termodinámico, en
realidad el fluido de trabajo no cumple un ciclo
completo en las turbinas de gas ya que este finaliza
en un Estado diferente al que tenía cuando inició el
proceso. Este ciclo en condiciones ideales esta
compuesto por cuatro procesos:
• 1-2 compresión Isentropica en un compresor
• 2-3 adición de calor al fluido de trabajo a
presión constante en una Cámara de
combustión.
• 3-4 expansión Isentropica en una turbina.
• 4-1 remoción del calor del fluido de trabajo a
presión constante en un intercambiador de
calor o en la atmósfera.

14. Función de cada
ciclo
Las centrales térmicas de ciclo combinado (o mixto)
transforman la energía térmica del gas natural en
electricidad mediante el trabajo conjunto de una
turbina de gas y otra de vapor. Esta central térmica se
compone principalmente de tres elementos: turbina
de gas, turbina de vapor y caldera de recuperación.
Las centrales térmicas de ciclo combinado que
funcionan con gas natural son más respetuosas con el
medio ambiente que otras tecnologías de producción
eléctrica. Una de sus ventajas más destacadas es que
la emisión de CO2 en relación a los kilovatios/hora
producidos son menos de la mitad que las emisiones
de una central convencional de carbón.
La principal diferencia entre el
ciclo Otto y el ciclo Diésel es que
mientras el encendido Otto es
por chispa el motor Diésel es
mediante encendido por
compresión.
El ciclo Brayton es un ciclo con
aire, muy ampliamente utilizado
en los motores de reacción de los
aviones y en todas aquellas
centrales termoeléctricas que no
operan con vapor de agua.
Consiste en dar presión al aire
para luego calentarlo a base de
quemar combustible.